Tên đề tài: “Nghiên cứu đặc điểm phân tử gene VP1 virus lở mồm long móng trên bò tại một số tỉnh đồng bằng sông Cửu Long”

Tác giả: Trần Duy Khang, Khóa: 2020

Ngành: Bệnh lý học và chữa bệnh vật nuôi; Mã số: 9640102. Nhóm ngành: Nông, lâm nghiệp và thuỷ sản.

Người hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Phúc Khánh, Đại học Cần Thơ

1. Tóm tắt nội dung luận án

Bệnh lở mồm long móng (LMLM), theo đánh giá của Tổ chức Thú y Thế giới (WOAH), là một trong những bệnh truyền nhiễm động vật có ảnh hưởng kinh tế-xã hội nghiêm trọng nhất toàn cầu, đặc biệt tại Châu Á và Châu Phi. Virus gây bệnh LMLM (FMDV) có khả năng lây lan nhanh chóng, kể cả qua không khí, khiến các ổ dịch bùng phát gây thiệt hại kinh tế nặng nề cho mọi quy mô chăn nuôi, từ nông hộ nhỏ lẻ đến trang trại công nghiệp, đồng thời là rào cản lớn trong thương mại động vật và sản phẩm động vật quốc tế. Chính vì những tác động sâu rộng này, LMLM được xếp vào danh sách các bệnh bắt buộc phải công bố dịch. Trong những năm gần đây, bệnh LMLM vẫn xảy ra tại Việt Nam nói chung và Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) nói riêng, là nơi có tình hình chăn nuôi bò không dừng phát triển, nhưng các nghiên cứu về sự lưu hành, yếu tố nguy cơ, cũng như đặc điểm phân tử gene VP1 tại đây còn rất hạn chế. Từ thực tiễn đó, nghiên cứu này được thực hiện nhằm mục tiêu (1) Xác định tình hình chăn nuôi, tình hình dịch bệnh LMLM trên bò tại một số tỉnh ĐBSCL; (2) Xác định sự lưu hành của virus LMLM và yếu tố nguy cơ bệnh LMLM trên bò tại một số tỉnh ĐBSCL; (3) Xác định sự bài thải và mang trùng virus LMLM trên bò tại một số tỉnh ĐBSCL; (4) Xác định đặc điểm di truyền virus gây bệnh LMLM trên bò tại một số tỉnh ĐBSCL thông qua phân tích gene VP1.

Nghiên cứu được thực hiện với bốn nội dung: (1) Nghiên cứu hồi cứu số liệu tình hình tổng đàn bò và dịch bệnh LMLM từ Chi cục Chăn nuôi và Thú y tại các địa bàn nghiên cứu gồm tỉnh Bến Tre, Trà Vinh, Vĩnh Long, Đồng Tháp, Sóc Trăng giai đoạn 2019-2023; (2) Khảo sát sự lưu hành virus lở mồm long móng và các yếu tố nguy cơ bệnh lở mồm long móng trên bò tại các địa bàn nghiên cứu thông qua kỹ thuật chẩn đoán PCR tại 770 hộ chăn nuôi bò với tổng số bò được xét nghiệm là 3.465 bò; (3) Khảo sát sự bài thải virus lở mồm long móng trên 62 bò theo thời gian và tình trạng mang trùng trên 48 bò tại các địa bàn nghiên cứu bằng kỹ thuật real-time PCR; (4) Phân tích đặc điểm gene VP1 18 chủng virus lở mồm long móng trên bò bằng các phần mềm tin sinh học.

Khảo sát quy mô đàn bò tại năm tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) giai đoạn 2019–2023 cho thấy Bến Tre và Trà Vinh có tổng đàn lớn nhất, trong khi Vĩnh Long, Đồng Tháp và Sóc Trăng có quy mô nhỏ hơn. Tổng đàn có xu hướng tăng từ 2019–2022 và chững lại năm 2023. Sóc Trăng có tỷ lệ bò sữa cao nhất dù tổng đàn thấp. Tình hình lở mồm long móng (LMLM) ghi nhận các đợt bùng phát chủ yếu giai đoạn 2019–2021; từ 2022 trở đi dịch được kiểm soát tốt hơn.

Kết quả nghiên cứu sự lưu hành virus LMLM cho thấy tỷ lệ dương tính virus LMLM đạt 9,87% ở cá thể và 18,96% ở cấp hộ, không khác biệt giữa các tỉnh (P>0,05). Tỷ lệ nhiễm biến động theo thời gian trong năm, giảm thấp nhất vào tháng 3–6 và tăng cao vào tháng 10–12. Ngoài ra, các yếu tố gồm quy mô, giới tính, và nhóm tuổi chăn nuôi không ảnh hưởng đáng kể đến tỷ lệ nhiễm (P>0,05). Tuy nhiên, nguồn gốc bò mua từ ngoài, hình thức chăn thả bán tự do, điều kiện vệ sinh sát trùng kém, và tiêm phòng vaccine không đầy đủ đều làm tăng nguy cơ nhiễm LMLM với ý nghĩa thống kê (P<0,05). Kết quả xét nghiệm serotype trên 165 mẫu cho thấy tất cả đều thuộc serotype O.

Kết quả khảo sát sự bài thải virus ở bò bệnh đã hồi phục lâm sàng ghi nhận nước bọt vẫn dương tính virus LMLM đến ngày 30 (8,06%), trong khi mẫu probang cho thấy xu hướng dương tính virus LMLM trong thời gian dài đến 6 tháng (66,67%).

Phân tích phả hệ di truyền gene VP1 của 18 chủng virus LMLM cho thấy sự lưu hành đồng thời ba dòng chính: O/SEA/Mya-98, O/ME-SA/PanAsia và O/ME-SA/Ind-2001e. Mức độ tương đồng nucleotide và amino acid giữa các chủng trong cùng dòng rất cao  đạt >90%, riêng nhóm Ind-2001e đạt >99%. Tuy vậy, các biến đổi di truyền tập trung tại vùng kháng nguyên B–C, G–H và C-terminal của protein VP1 cho thấy áp lực chọn lọc miễn dịch và khả năng giảm hiệu quả bảo hộ của vaccine hiện hành. Phân tích tái tổ hợp trên 237 trình tự không ghi nhận sự kiện tái tổ hợp có ý nghĩa; biến dị chủ yếu do tích lũy đột biến điểm. Ngoài ra, kết quả phân tích chồng lắp cấu trúc protein VP1 giữa chủng nghiên cứu và chủng vaccine O/Manisa cho thấy sai khác không gian 3D tập trung tại vòng G–H, là vùng quan trọng trong nhận diện kháng thể, gợi ý khả năng giảm hiệu lực bảo hộ của vaccine.

2. Những kết quả mới của luận án

• Xác định được tình hình lưu hành và các yếu tố nguy cơ chính liên quan đến nhiễm virus LMLM trên bò tại Đồng bằng sông Cửu Long, bao gồm vai trò của nguồn gốc vật nuôi, hình thức chăn nuôi, điều kiện vệ sinh sát trùng và tình trạng tiêm phòng. Đồng thời, luận án làm rõ đặc điểm bài thải virus và khả năng mang trùng kéo dài sau khi bò hồi phục lâm sàng, cung cấp bằng chứng dịch tễ học quan trọng trong kiểm soát bệnh.
• Kết quả nghiên cứu chi tiết đặc điểm di truyền và biến dị của gene VP1 của các chủng virus LMLM lưu hành trong khu vực, xác định ba dòng chính (O/SEA/Mya-98, O/ME-SA/PanAsia và O/ME-SA/Ind-2001e) và các vị trí biến đổi tập trung tại vùng quyết định kháng nguyên, có liên quan trực tiếp đến khả năng né tránh miễn dịch.
• Xây dựng và bổ sung một ngân hàng trình tự nucleotide gene VP1 của các chủng virus LMLM trong khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, tạo nguồn dữ liệu tham chiếu có giá trị cho giám sát dịch tễ di truyền, truy xuất nguồn gốc lây truyền và nghiên cứu tiến hóa virus.
• Cung cấp minh chứng khoa học phục vụ đánh giá và định hướng lựa chọn chủng vaccine phù hợp, góp phần nâng cao hiệu quả phòng bệnh LMLM trong điều kiện dịch tễ phức tạp của khu vực, đồng thời làm cơ sở cho các nghiên cứu phát triển vaccine tiếp theo.

3. Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Các ứng dụng và khả năng ứng dụng trong thực tiễn

• Hỗ trợ hoạch định và triển khai chương trình phòng chống LMLM tại địa phương: Kết quả xác định tỷ lệ lưu hành virus và các yếu tố nguy cơ quan trọng là cơ sở khoa học để cơ quan thú y xây dựng biện pháp quản lý đàn, tổ chức chăn nuôi an toàn sinh học và kế hoạch tiêm phòng phù hợp với từng quy mô và điều kiện chăn nuôi.
• Ứng dụng trong giám sát dịch tễ học phân tử và truy xuất nguồn gốc lây lan virus: Ngân hàng trình tự VP1 và kết quả phân tích phả hệ cho phép giám sát sự thay đổi dòng virus theo thời gian, hỗ trợ truy vết dịch, xác định nguồn lây và hướng đi của dịch bệnh, đặc biệt trong bối cảnh giao thương và di chuyển vật nuôi giữa các tỉnh.
• Định hướng lựa chọn và hiệu chỉnh chủng vaccine phòng bệnh: Các kết quả về biến dị tại vùng quyết định kháng nguyên và sự sai khác cấu trúc protein VP1 so với các chủng vaccine hiện hành là cơ sở để đánh giá mức độ phù hợp giữa vaccine và virus lưu hành, từ đó đề xuất sử dụng hoặc cập nhật chủng vaccine phù hợp hơn, góp phần nâng cao hiệu quả phòng bệnh.

Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

• Đánh giá mức độ tương đồng kháng nguyên giữa các chủng virus lưu hành và các chủng vaccine đang sử dụng tại Việt Nam nhằm xác định nguy cơ giảm hiệu lực bảo hộ.
• Tối ưu hóa phác đồ tiêm phòng vaccine LMLM (lịch tiêm, liều nhắc lại, phối hợp vaccine) phù hợp với từng mô hình chăn nuôi và hạn chế khả năng mang trùng.
• Tiếp tục theo dõi dài hạn trạng thái mang trùng và bài thải virus để đánh giá vai trò của bò mang trùng trong duy trì và lan truyền virus trong quần thể.
• Mở rộng nghiên cứu giải trình tự toàn bộ bộ gene virus và phân tích áp lực chọn lọc tiến hóa để hiểu sâu hơn cơ chế né tránh miễn dịch và dự đoán nguy cơ xuất hiện chủng mới.
• Nghiên cứu phát triển hoặc đánh giá vaccine tái tổ hợp/thế hệ mới, dựa trên các epitope quyết định kháng nguyên được xác định từ vùng VP1 có biến dị mang tính thích nghi.

Thesis title: Molecular characterisation of the VP1 gene of Foot-and-mouth disease virus in cattle in some provinces of the Mekong Delta

- Major: Animal pathology and disease treatment         Code: 9640102

- Full name of PhD student: Tran Duy Khang               Year: 2020

- Scientific supervisor: Assoc. Prof. Dr. Nguyen Phuc Khanh

- Educational institution: Can Tho University

1. Content of thesis summary

Foot-and-mouth disease (FMD), as classified by the World Organisation for Animal Health (WOAH), is among the most socioeconomically impactful transboundary animal diseases worldwide, particularly in Asia and Africa. The causative agent, FMDV, is capable of rapid transmission, including via aerosol pathways, leading to outbreaks that cause severe economic losses across all scales of livestock production, from smallholder farms to industrial systems. This poses a significant obstacle to international trade in animals and animal products. Due to these broad impacts, FMD is listed as a notifiable disease.

In recent years, FMD has continued to occur in Vietnam, including in the Mekong Delta (ĐBSCL), where cattle production is steadily expanding. However, studies on FMDV circulation, associated risk factors, and molecular characteristics of the VP1 gene in this region remain limited. Therefore, this study was conducted with the following objectives: (1) To determine the status of cattle production and the epidemiological situation of FMD in selected provinces of the Mekong Delta; (2) To identify the circulation of FMDV and the risk factors associated with FMD in cattle in these provinces; (3) To investigate FMDV shedding and carrier status in cattle in the region; and (4) To characterize the genetic features of FMDV circulating in cattle through VP1 gene analysis. The study consisted of four components: (1) A retrospective review of cattle population data and FMD outbreak records obtained from the Sub-Departments of Animal Husbandry and Veterinary Services in Bến Tre, Trà Vinh, Vĩnh Long, Đồng Tháp, and Sóc Trăng from 2019 to 2023; (2) A field survey to assess FMDV circulation and risk factors using PCR diagnostics in 770 cattle farms, with a total of 3,465 cattle tested; (3) An investigation of FMDV shedding over time in 62 clinically recovered cattle, and carrier status assessment in 48 cattle, using real-time PCR; (4) Molecular analysis of the VP1 gene from 18 FMDV strains using bioinformatics tools.

The survey of cattle herd size in five provinces of the Mekong Delta from 2019–2023 showed that Bến Tre and Trà Vinh maintained the largest herds, while Vĩnh Long, Đồng Tháp, and Sóc Trăng had smaller herd sizes. The total cattle population increased from 2019 to 2022 and stabilized in 2023. Notably, Sóc Trăng had the highest proportion of dairy cattle despite having the smallest overall herd. FMD outbreaks occurred primarily during 2019–2021, while from 2022 onward, the disease situation was markedly better controlled.

The investigation of FMDV circulation revealed infection rates of 9,87% at the individual level and 18,96% at the household level, with no significant differences among provinces (P > 0,05). The infection rate fluctuated seasonally, reaching its lowest levels from March to June and peaking between October and December. Herd size, sex, and age did not significantly influence infection rates (P > 0,05). However, external animal sourcing, semi-grazing systems, poor hygiene and disinfection practices, and incomplete vaccination significantly increased the risk of FMDV infection (P < 0,05). Serotyping of 165 samples showed that all belonged to serotype O.

The survey on virus shedding in clinically recovered cattle indicated that saliva remained FMDV-positive up to day 30 (8,06%). In comparison, probang samples showed prolonged FMDV positivity for up to 6 months (66,67%), confirming persistent carrier status.

Phylogenetic analysis of the VP1 gene from 18 FMDV strains demonstrated the co-circulation of three major lineages: O/SEA/Mya-98, O/ME-SA/PanAsia, and O/ME-SA/Ind-2001e. Nucleotide and amino acid identity within each lineage was high (>90%), with strains of the Ind-2001e group exhibiting identity levels of over 99%. However, genetic variation was concentrated in key antigenic regions (B–C loop, G–H loop, and C-terminal region) of the VP1 protein, reflecting immune selection pressure and suggesting reduced compatibility with current vaccine strains. Recombination analysis of 237 VP1 sequences showed no statistically significant recombination events, indicating that genetic diversification is primarily driven by point mutation accumulation.

Furthermore, 3D structural superimposition of VP1 between field strains and the O/Manisa vaccine strain revealed conformational differences localized to the G–H loop, a critical epitope for neutralizing antibody recognition, suggesting potential reduction in vaccine protective efficacy against circulating strains in the region.

2. The novel aspects of the thesis

• Identified the circulation patterns and key risk factors associated with FMDV infection in cattle in the Mekong Delta, including the role of animal origin, farming system, hygiene and disinfection practices, and vaccination status. In addition, the study clarified the dynamics of viral shedding and the persistence of the carrier state after clinical recovery, providing important epidemiological evidence for disease control and management.
• Provided detailed characterization of the genetic features and variation of the VP1 gene of circulating FMDV strains in the region, identifying three major lineages (O/SEA/Mya-98, O/ME-SA/PanAsia, and O/ME-SA/Ind-2001e) and pinpointing mutation sites concentrated in immunologically critical antigenic regions, which are directly associated with immune evasion.
• Established and expanded a nucleotide sequence database of the VP1 gene of FMDV strains circulating in the Mekong Delta, forming a valuable reference resource for molecular epidemiological surveillance, tracing transmission sources, and studying viral evolution.
• Provided scientific evidence to support the evaluation and strategic selection of appropriate vaccine strains, contributing to improving FMD prevention effectiveness under the complex epidemiological conditions of the region, and serving as a basis for future FMD vaccine development research.

3. Application prospect and suggestions for further study

Applications and Practical Implications

• Support for planning and implementation of local FMD control programs: The identification of FMDV circulation rates and key risk factors provides a scientific basis for veterinary authorities to develop herd management measures, promote biosecure farming practices, and design vaccination strategies tailored to herd size and production conditions.
• Application in molecular epidemiological surveillance and virus transmission tracing: The VP1 sequence database and phylogenetic analyses enable monitoring of viral lineage dynamics over time, support outbreak tracing, and help determine transmission pathways, particularly in the context of animal movement and trade between provinces.
• Guidance for vaccine strain selection and adjustment: The findings on antigenic variation and structural differences in VP1 relative to current vaccine strains provide essential evidence for evaluating the antigenic match between vaccines and circulating viruses. This can inform recommendations for selecting or updating vaccine strains to improve disease prevention effectiveness.

Issues Requiring Further Research

• Assessment of antigenic similarity between circulating strains and currently used vaccine strains to determine potential risks of reduced protective efficacy.
• Optimization of FMD vaccination regimens (vaccination schedule, booster intervals, vaccine combinations) suited to different production systems and aimed at reducing carrier-state persistence.
• Long-term monitoring of carrier status and viral shedding to better understand the role of carrier cattle in maintaining and spreading FMDV within populations.
• Expansion of full-genome sequencing and evolutionary selection pressure analysis to gain deeper insight into immune evasion mechanisms and predict the emergence of novel variants.

Research and development or evaluation of recombinant/next-generation vaccines, focusing on adaptive antigenic epitopes identified within variable regions of VP1 to enhance antigenic matching and protective performance.

• Xem chi tiết nội dung luận án
• Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo. (Nhập tên NCS vào ô tìm kiếm)